WO2011125754A1 - 強誘電体デバイスの製造方法 - Google Patents

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WO2011125754A1
WO2011125754A1 PCT/JP2011/058048 JP2011058048W WO2011125754A1 WO 2011125754 A1 WO2011125754 A1 WO 2011125754A1 JP 2011058048 W JP2011058048 W JP 2011058048W WO 2011125754 A1 WO2011125754 A1 WO 2011125754A1
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ferroelectric
substrate
layer
manufacturing
film
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PCT/JP2011/058048
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松嶋　朝明
規裕 山内
純矢 小川
相澤　浩一
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パナソニック電工株式会社
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    • H10N30/306—Cantilevers

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a ferroelectric device using the piezoelectric effect or pyroelectric effect of a ferroelectric film.
  • ferroelectric devices utilizing the piezoelectric effect and pyroelectric effect of a ferroelectric film have attracted attention.
  • ferroelectric device As an example of this type of ferroelectric device, a MEMS (micro electro mechanical systems) device having a ferroelectric film as a functional film has been proposed.
  • pyroelectric devices such as power generation devices and actuators that use the piezoelectric effect of ferroelectric films, and pyroelectric infrared sensors that use the pyroelectric effect of ferroelectric films have been studied in various places as MEMS devices of this type.
  • PZT Pb (Zr, Ti) O 3
  • PZT Pb (Zr, Ti) O 3
  • the material of the bonding layer is a metal such as Pd, In, Sn, Ni, Ga, Cu, Ag, Mo, Ti, Zr, and the bonding layer is formed on both the piezoelectric film and the diaphragm structure. And bonding the bonding layers by energization heating, conduction through voltage, or the like.
  • the bonding layer (first bonding layer) formed on the diaphragm structure side is formed so as to straddle the plurality of bonding layers (second bonding layer) formed on the surfaces of the plurality of patterned piezoelectric films. is doing.
  • Patent Document 1 describes that the intermediate transfer plate is peeled from the electrode by irradiating the intermediate transfer member with a laser beam that passes through the intermediate transfer member.
  • Patent Document 1 describes that one electrode is constituted by the above-described electrode and the other electrode is constituted by the above-mentioned bonding layer.
  • the present invention has been made in view of the above-described reasons, and its purpose is to improve the crystallinity and performance of the ferroelectric film, reduce the cost, and simplify the manufacturing process. It is in providing the manufacturing method of a body device.
  • a method for manufacturing a ferroelectric device for achieving the above object is a method for manufacturing a ferroelectric device including a first substrate, a lower electrode, a ferroelectric film, and an upper electrode.
  • the lower electrode is formed on one surface side of the first substrate.
  • the ferroelectric film is formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate side.
  • the upper electrode is formed on the opposite side of the ferroelectric film from the lower electrode side.
  • the method for manufacturing a ferroelectric device includes a seed layer forming step, a ferroelectric layer forming step, a lower electrode forming step, a bonding step, and a transfer step.
  • a seed layer having a predetermined pattern made of a metal material is formed on one surface side of the second substrate.
  • the ferroelectric layer forming step is performed after the seed layer forming step.
  • a ferroelectric layer made of a ferroelectric material is formed on one surface side of the second substrate.
  • the lower electrode forming step is performed after the ferroelectric layer forming step.
  • a lower electrode is formed on the ferroelectric layer.
  • the joining process is performed after the lower electrode forming process.
  • the bonding step the lower electrode and the first substrate are bonded via a bonding layer.
  • the transfer process is performed after the joining process.
  • laser light having a predetermined wavelength is irradiated from the other surface side of the second substrate, and the first portion of the ferroelectric film and the seed layer are transferred to the one surface side of the first substrate.
  • the first portion of the ferroelectric film is defined as a portion of the ferroelectric layer that overlaps the seed layer.
  • the laser light is light having a wavelength that passes through the second substrate.
  • the laser beam having a predetermined wavelength is light having a wavelength reflected by the seed layer. Further, the laser light having a predetermined wavelength is light having a wavelength that is absorbed by the second portion of the ferroelectric layer.
  • the second substrate has better matching with the ferroelectric film than the first substrate.
  • the seed layer has good lattice matching with the ferroelectric film.
  • a manufacturing method of a ferroelectric device includes a lower electrode formed on one surface side of a first substrate, and a ferroelectric film formed on the opposite side of the lower electrode from the first substrate side.
  • An upper electrode formed on the opposite side of the ferroelectric film from the lower electrode side, and the ferroelectric film is formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate.
  • the material of the bonding layer is a metal that can be directly bonded to the lower electrode, and the bonding layer is formed on the one surface of the first substrate before the bonding step. It is preferable to form a pattern on the side.
  • the material of the bonding layer is a room temperature curable resin adhesive.
  • the predetermined wavelength is 400 nm or more.
  • the predetermined wavelength is preferably 400 nm or more and 1100 nm or less.
  • the predetermined wavelength is preferably 400 nm or more and 750 nm or less.
  • the ferroelectric film is a pyroelectric film, and after the transfer process, a seed layer removing step of removing the seed layer is performed, and then on the ferroelectric film It is preferable to perform an upper electrode forming step of forming the upper electrode made of an infrared absorbing material.
  • the lattice constant of the ferroelectric film has a first difference from the lattice constant of one substrate.
  • the lattice constant of the ferroelectric film has a second difference from the lattice constant of the second substrate. The second difference is preferably smaller than the first difference.
  • the second substrate has a first region and a second region on one surface thereof.
  • the first region is preferably covered with a seed layer having a predetermined pattern.
  • the second region is preferably exposed by a seed layer having a predetermined pattern.
  • the first portion of the ferroelectric layer preferably overlaps with the first region.
  • the second portion of the ferroelectric layer preferably overlaps with the second region.
  • FIG. 6 is a main process sectional view for illustrating the method for manufacturing the ferroelectric device according to the first embodiment. It is a spectral characteristic figure of the material used at the time of manufacture of a ferroelectric device same as the above. It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the ferroelectric device same as the above. It is a schematic exploded perspective view of the same ferroelectric device. It is a schematic plan view of the principal part in a ferroelectric device same as the above. It is a general
  • FIG. 10 is a main process cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the ferroelectric device according to the second embodiment. It is a schematic sectional drawing which shows the application example of the ferroelectric device same as the above.
  • the ferroelectric device according to the present embodiment is a power generation device that converts vibration energy caused by arbitrary vibration such as vibration of a car or vibration of a person into electric energy, and the ferroelectric film 24b described above is a piezoelectric film. Is configured.
  • the first substrate 20 is formed using a silicon substrate (first silicon substrate), and includes a frame portion 21 and a cantilever portion that is disposed inside the frame portion 21 and is swingably supported by the frame portion 21. 22.
  • the power generation device includes a first cover substrate 30 fixed to the frame portion 21 on the one surface side of the first substrate 20 (upper surface side: first surface side in FIG. 6).
  • the power generation device includes a second cover substrate 10 fixed to the frame portion 21 on the other surface side of the first substrate 20 (the lower surface side in FIG. 6: the second surface side).
  • the planar sizes of the lower electrode 24a, the ferroelectric film 24b, and the upper electrode 24c are set to be the same.
  • an insulating layer 25 for preventing a short circuit between the metal wiring 26c electrically connected to the upper electrode 24c and the lower electrode 24a is provided on the one surface side (first surface side) of the first substrate 20, an insulating layer 25 for preventing a short circuit between the metal wiring 26c electrically connected to the upper electrode 24c and the lower electrode 24a is provided.
  • the part 24 is formed so as to cover a part of the end on the frame part 21 side.
  • the insulating layer 25 is composed of a silicon oxide film, but is not limited to a silicon oxide film, and may be composed of a silicon nitride film.
  • insulating films 29a and 29b made of a silicon oxide film are formed on the one surface side (first surface side) and the other surface side (second surface side) of the first substrate 20, respectively.
  • the first substrate 20 and the power generation unit 24 are electrically insulated by an insulating film 29a.
  • the first cover substrate 30 is formed using a silicon substrate (second silicon substrate).
  • the first cover substrate 30 is for forming a displacement space of the movable portion composed of the cantilever portion 22 and the weight portion 23 between the first substrate 20 and one surface of the first substrate 20 side.
  • a recess 30b is formed.
  • the insulating film 32 made of a silicon oxide film for preventing a short circuit between the two output electrodes 35, 35 is formed on the one surface side (first surface) of the first cover substrate 30. Side) and the other surface side (second surface side), and the through hole wirings 33, 33 are formed across the inner peripheral surface of the through hole 31 formed inside.
  • an insulating substrate such as a glass substrate is used as the first cover substrate 30, such an insulating film 32 need not be provided.
  • the second cover substrate 10 is formed using a silicon substrate (third silicon substrate). On one surface (first surface) of the second cover substrate 10 on the first substrate 20 side, a displacement space of a movable portion composed of the cantilever portion 22 and the weight portion 23 is formed between the first substrate 20 and the first cover 20. A recess 10b is formed. Note that an insulating substrate such as a glass substrate may also be used as the second cover substrate 10.
  • a first bonding metal layer 28 for bonding to the first cover substrate 30 is formed on the one surface side (first surface side) of the first substrate 20, and the first cover is formed.
  • a second bonding metal layer (not shown) bonded to the first bonding metal layer 28 is formed on the substrate 30.
  • the material of the first bonding metal layer 28 the same material as that of the pad 27 c is employed, and the first bonding metal layer 28 is formed on the one surface side (first surface) of the first substrate 20. The same thickness as that of the pad 27 is formed on the surface side).
  • the first substrate 20 and the cover substrates 10 and 30 are bonded by the room temperature bonding method, but are not limited to the room temperature bonding method, and are bonded by, for example, a resin bonding method using an epoxy resin, an anodic bonding method, or the like. May be.
  • a resin bonding method if a room temperature curable resin adhesive (for example, a two-part room temperature curable epoxy resin adhesive, a one part room temperature curable epoxy resin adhesive) is used, a thermosetting resin adhesive is used. Compared to the case of using a thermosetting epoxy resin adhesive (for example), the bonding temperature can be lowered.
  • the power generation unit 24 includes the piezoelectric conversion unit including the lower electrode 24a, the ferroelectric film 24b that is a piezoelectric film, and the upper electrode 24c.
  • the ferroelectric film 24b of the portion 24 receives stress, and a bias of electric charge occurs between the upper electrode 24c and the lower electrode 24a, and an AC voltage is generated in the power generation portion 24.
  • the power generation device employs PZT, which is a kind of lead-based piezoelectric material, as the ferroelectric material of the ferroelectric film 24b.
  • PZT is a kind of lead-based piezoelectric material
  • the silicon substrate (first silicon substrate) having a (100) surface is used, but the lead-based piezoelectric material is not limited to PZT, for example, PZT-PMN (: Pb (Mn, Nb) O 3 ) Or PZT to which other impurities are added may be used.
  • the ferroelectric material of the ferroelectric film 24b is a ferroelectric material having a lattice constant difference from that of the first substrate 20 (PZT, PZT-PMN, lead-based materials such as PZT doped with impurities). Oxide ferroelectric).
  • the first silicon substrate used as the first substrate 20 is not limited to a single crystal silicon substrate (hereinafter referred to as a single crystal silicon substrate), and may be a polycrystalline silicon substrate.
  • Au is used as the material of the lower electrode 24a
  • Pt is used as the material of the upper electrode 24c.
  • these materials are not particularly limited, and examples of the material of the lower electrode 24a include: Al may be employed, and as the material of the upper electrode 24c, for example, Mo, Al, Au, or the like may be employed.
  • the thickness of the lower electrode 24a is set to 500 nm
  • the thickness of the ferroelectric film 24b is set to 600 nm
  • the thickness of the upper electrode 24c is set to 100 nm.
  • the relative dielectric constant of the ferroelectric film 24b is ⁇ and the power generation index is P
  • the relationship P ⁇ e 31 2 / ⁇ is established, and the power generation efficiency increases as the power generation index P increases.
  • the second substrate 40 is prepared.
  • the second substrate has a first surface on one surface side in the thickness direction, and has a second surface on the other surface side in the thickness direction.
  • the second substrate 40 has a first region and a second region.
  • the first region of the second substrate 40 is defined as a region where a seed layer 124c having a predetermined pattern is provided.
  • the second region of the second substrate is defined as a region where the seed layer 124c is not provided. In other words, the second region of the second substrate is defined as the region exposed by the seed layer 124c.
  • a ferroelectric layer 124b made of a ferroelectric material is formed on one surface side (first surface side) of the second substrate.
  • Ferroelectric layer 124b includes a ferroelectric film 24b crystallized, and amorphous film 24b 2.
  • the crystallized ferroelectric film 24b overlaps the seed layer 124c in the thickness direction of the seed layer 124c.
  • the amorphous film 24b 2 is arranged on the one surface side (first surface side) of the second substrate so as to be shifted from the seed layer 124c.
  • the first portion of the ferroelectric layer overlaps with the first region of the second substrate in the thickness direction of the second substrate.
  • the second portion of the ferroelectric layer overlaps with the second region of the second substrate in the thickness direction of the second substrate.
  • a lower electrode forming step for forming the lower electrode 24a on the ferroelectric layer 124b is performed, and then the lower electrode 24a and the first substrate 20 are connected via the bonding layer 51.
  • the structure shown in FIG.1 (b) is obtained.
  • the lower electrode formation step for example, the lower electrode 24a made of an Au layer (first Au layer) may be formed using a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
  • the second substrate 40 and the first substrate 20 are disposed to face each other, and then the lower electrode 24 a on the one surface side (first surface side) of the second substrate 40 and the first substrate 20.
  • the bonding layer 51 includes a Ti layer on the insulating film 29a and an Au layer (second Au layer) on the Ti layer.
  • This Ti layer is provided in order to improve the adhesion between the bonding layer 51 and the insulating film 29a, as compared with the case where the bonding layer 51 is composed of only the second Au layer.
  • the insulating films 29a and 29b are formed by a thermal oxidation method, the thickness of the Ti layer is set to 15 to 50 nm, and the thickness of the second Au layer is set to 500 nm.
  • the numerical value of is an example and is not particularly limited.
  • the material of the adhesion layer for improving adhesion is not limited to Ti, and may be, for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, or the like.
  • the second Au layer is not limited to the Au thin film but may be an Au fine particle layer in which a large number of Au fine particles are deposited.
  • the lower electrode 24a made of the first Au layer and the bonding layer 51 having the second Au layer formed on the outermost surface are arranged to face each other, and then the lower electrode 24a and the bonding layer 51 are placed at room temperature. It can join by joining. That is, by performing this bonding process, the lower electrode 24 a and the first substrate 20 are bonded via the bonding layer 51.
  • the combination of materials when the lower electrode 24a and the bonding layer 51 are bonded at room temperature is an Au—Au combination.
  • each bonding surface is cleaned and activated by irradiating each bonding surface (the surfaces of the lower electrode 24a and the bonding layer 51) with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding. Then, the bonding surfaces are brought into contact with each other and directly bonded by applying an appropriate load at room temperature.
  • the degree of vacuum when irradiating an argon ion beam is 1 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa or less
  • the acceleration voltage is 100 V
  • the irradiation time may be 160 seconds
  • the bonding load may be 20 kN
  • the bonding time may be 300 seconds.
  • a laser beam LB having a predetermined wavelength that is transmitted through the second substrate 40 is irradiated from the other surface side of the second substrate 40 to form the ferroelectric layer 124b.
  • a transfer process is performed in which the ferroelectric film 24 b and the seed layer 124 c overlapping the seed layer 124 c are transferred to the one surface side (first surface side) of the first substrate 20.
  • the seed layer 124c is used as the upper electrode 24c. That is, in the present embodiment, in the transfer process, the laminated film of the ferroelectric film 24b and the upper electrode 24c is transferred.
  • the second portion 24b 2 When the laser beam LB is absorbed by the second portion 24b 2 of the ferroelectric layer 124b, the second portion 24b 2 is rapidly heated. Thereby, the second portion 24b 2 is thermally expanded and partially thermally decomposed.
  • the second portion 24b 2 When the second portion 24b 2 is thermally expanded and partially thermally decomposed, a difference in thermal expansion is instantaneously generated between the first portion 24b and the second portion 24b 2 . As a result, the second portion 24b 2 is separated from the first portion 24b at the interface between the second portion 24b 2 and the first portion 24b. Further, when the second portion 24b 2 expands, a force is generated in the direction away from the first substrate. As a result, the second substrate and the seed layer 124c are separated. Further, when the second portion 24b 2 is partially pyrolyzed, the adhesion strength between the lower electrode 24 and the second portion 24b 2 is lowered. Thereby, when the 1st board
  • each of MgO, PZT, and Pt has spectral characteristics as shown in FIG. Therefore, when the materials of the second substrate 40, the ferroelectric layer 124b, and the seed layer 124c are MgO, PZT, and Pt, the predetermined wavelength of the laser beam LB may be set to 400 nm or more.
  • the laser light source in this case for example, a femtosecond laser (for example, a Ti: sapphire laser) having a fundamental wavelength of 750 nm to 1100 nm may be used.
  • a third harmonic of a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm, or a femtosecond laser may be used.
  • the energy density of the laser beam LB may be about 5 to 15 mJ / mm 2 , for example.
  • laser light LB that is directed to the ferroelectric film 24b of the ferroelectric layer 124b is reflected by the seed layer 124c. Therefore, since the ferroelectric film 24b does not absorb the laser beam LB, it is possible to prevent the physical properties of the ferroelectric film 24b from changing in the transfer process.
  • the solid line arrows in FIG. 1 (c) the laser beam LB towards the seed layer 124c schematically shows, dashed arrows, the laser beam LB towards the second portion 24b 2 of the ferroelectric layer 124b Is schematically shown.
  • the first substrate 20 and the second substrate 40 are separated to perform a peeling step for peeling the second substrate 40, thereby obtaining the structure shown in FIG.
  • a lower electrode patterning step for patterning the lower electrode 24a using a photolithography technique and an etching technique is performed, whereby a metal wiring 26a and a pad made up of the lower electrode 24a and a part of the lower electrode 24a before patterning are performed.
  • 27a (the lower electrode 24a after patterning, the metal wiring 26a, and the pad 27a can be regarded as one lower electrode 24a).
  • an insulating layer forming step for forming the insulating layer 25 on the one surface side (first surface side) of the first substrate 20 is performed.
  • the metal wiring 26c and the pad 27c are formed into a thin film such as a sputtering method or a CVD method.
  • a wiring formation process is performed using a formation technique, a photolithography technique, and an etching technique. Thereafter, the structure shown in FIG. 1E is obtained by performing a substrate processing step in which the first substrate 20 is processed to form the cantilever portion 22 and the weight portion 23 using photolithography technology, etching technology, and the like. .
  • the metal wiring 26a and the pad 27a are formed by performing the lower electrode patterning process.
  • the present invention is not limited to this, and the metal wiring 26a and the pad 27a are formed between the lower electrode patterning process and the insulating layer forming process.
  • a wiring forming process for forming the pad 27a may be provided separately, or a metal wiring forming process for forming the metal wiring 26a and a pad forming process for forming the pad 27a may be provided separately.
  • the insulating layer forming step the insulating layer 25 is formed on the entire surface of the first substrate 20 on the one surface side (first surface side) by the CVD method or the like, and then the photolithography technique and the etching technique are used. Although the patterning is performed, the insulating layer 25 may be formed using a lift-off method.
  • a power generation device having a structure shown in FIG. 1F is obtained by performing a cover bonding step of bonding the cover substrates 10 and 30 to the first substrate 20.
  • the dicing process is performed to divide the power generation devices into individual power generation devices.
  • the cover substrates 10 and 30 may be formed by appropriately applying known processes such as a photolithography process, an etching process, a thin film forming process, and a plating process.
  • the power generation device in this embodiment includes the power generation unit 24.
  • the power generation unit 24 includes a piezoelectric conversion unit.
  • the piezoelectric conversion part is formed in the cantilever part 22 of the first substrate 20, and generates an AC voltage according to the vibration of the cantilever part 22.
  • the power generation unit 24 includes a lower electrode 24a, a ferroelectric film 24b, and an upper electrode 24c.
  • the lower electrode 24 a is formed on one surface side (first surface side) of the cantilever portion 22.
  • the ferroelectric film 24b is formed on the side opposite to the cantilever part 22 side in the lower electrode 24a.
  • the upper electrode 24c is formed on the opposite side of the ferroelectric film 24b from the lower electrode 24a side.
  • the joining process is performed after the lower electrode forming process.
  • the lower electrode 24 a and the first substrate 40 are bonded via the bonding layer 51.
  • the transfer process is performed after the joining process.
  • laser light LB having a predetermined wavelength is irradiated from the other surface side (second surface side) of the second substrate 40.
  • the ferroelectric film 24b and the seed layer 124c which are the first portion of the ferroelectric layer 124b overlapping the seed layer 124c, are transferred to the one surface side of the first substrate 20.
  • the predetermined wavelength of the laser beam LB satisfies the following conditions.
  • the light passes through the second substrate 40. Reflected by the seed layer 124c.
  • the ferroelectric layer 124b is absorbed by the second portion 24b 2 that does not overlap the seed layer 124c.
  • the transfer process only the ferroelectric film 24b on the seed layer 124c in the ferroelectric layer 124b can be transferred. Therefore, by patterning the ferroelectric film 24b using the photolithography technique and the etching technique after the transfer process by matching the predetermined pattern of the seed layer 124c with the desired pattern of the ferroelectric film 24b. Need not be provided. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. Further, the second substrate 40 is peeled off in the peeling step after the transfer step. Therefore, the expensive second substrate 40 such as a single crystal MgO substrate can be reused, and the cost can be reduced.
  • ferroelectric film 24 b has a lattice constant difference from the first substrate 20.
  • the second substrate 40 has better lattice matching with the ferroelectric film 24b than the first substrate 20.
  • the lattice constant of the material of the first substrate 20 has a first difference from the lattice constant of the material of the ferroelectric film 24b.
  • the lattice constant of the material of the second substrate 20 has a second difference from the lattice constant of the material of the ferroelectric film 24b. The second difference is smaller than the first difference.
  • the seed layer 124c is made of a metal material having good lattice matching with the ferroelectric film 24b.
  • the power generation device in this embodiment includes a power generation unit 24 formed of a piezoelectric conversion unit that is formed on the cantilever unit 22 of the first substrate 20 and generates an AC voltage in response to vibration of the cantilever unit 22.
  • the power generation unit 24 includes a lower electrode 24a formed on one surface side (first surface side) of the cantilever unit 22, and a first substrate 20 formed on the opposite side of the lower electrode 24a to the cantilever unit 22 side.
  • the lattice matching with the ferroelectric film 24b is good on the one surface side of the second substrate 40 having the good lattice matching with the ferroelectric film 24b as compared with the first substrate 20.
  • a seed layer forming step for forming a seed layer 124c having a predetermined pattern made of a metal material, and a ferroelectric layer 124b is formed on the one surface side (first surface side) of the second substrate 40 after the seed layer forming step.
  • the body layer 124b is overlapped with the seed layer 124c.
  • light having a wavelength that is reflected by the seed layer 124c and absorbed by the second portion 24b 2 of the ferroelectric layer 124b that does not overlap the seed layer 124c is used.
  • the crystallinity and performance (here, the piezoelectric constant e 31 ) of the ferroelectric film 24b can be improved regardless of the substrate material of the first substrate 20, and the low Costs can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
  • the piezoelectric constant e 31 of the ferroelectric film 24b can be increased and the relative dielectric constant can be decreased as compared with the case where the ferroelectric film 24b is formed on the one surface side of the first substrate 20 by the thin film forming technique.
  • the predetermined pattern of the seed layer 124c is matched with the desired pattern of the ferroelectric film 24b, so that photolithography is performed after the transfer process. Since it is not necessary to provide a process for patterning the ferroelectric film 24b using the technique and the etching technique, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. The achieved. Further, since the second substrate 40 is peeled off in the peeling step after the transfer step, it becomes possible to reuse the expensive second substrate 40 such as a single crystal MgO substrate, thereby reducing the cost. It becomes possible to plan.
  • the material of the bonding layer 51 is a metal that can be directly bonded to the lower electrode 24a, and the bonding layer 51 is formed on the one surface side (first surface) of the first substrate 20 as shown in FIG. 3 before the bonding step. If the bonding layer 51 is formed only on the portions corresponding to the ferroelectric film 24b and the lower electrode 24a, the bonding layer 51 of the first substrate 20 is formed. Only the portions can be bonded, and it becomes difficult to be affected by the step on the surface of the ferroelectric layer 124b, so that the bonding reliability can be improved. In addition, it is possible to more reliably prevent the transfer of the second portion 24b 2 of the ferroelectric layer 124b in the transfer process.
  • the choice of material for the cantilever portion 22 is increased, the design freedom of the power generation device is increased, and the generation of a power generation device having desired vibration characteristics is facilitated.
  • the choice of material for the cantilever portion 22 is increased, the design freedom of the power generation device is increased, and the generation of a power generation device having desired vibration characteristics is facilitated.
  • the lower electrode 24a is formed of the Au layer, so that the Au layer of the lower electrode 24a Since the Au layer of the bonding layer 51 (that is, the Au layers) can be directly bonded at a low temperature by a room temperature bonding method or the like, the process temperature can be lowered, and the characteristics of the ferroelectric film 24b in the bonding process. Can be prevented from deteriorating. Further, a resin layer made of an epoxy resin or the like may be used as the bonding layer 51 in the bonding process, and in this case, bonding can be performed at a lower temperature than in the eutectic bonding method or the like. In the case where the Au layers are directly bonded to each other, the bonding is not limited to the room temperature bonding method, and may be direct bonding by applying appropriate heating (for example, 100 ° C.) and a load.
  • appropriate heating for example, 100 ° C.
  • the first substrate 20 for example, as shown in FIG. 7, a single crystal is formed on an insulating layer (buried oxide film) 120b made of a silicon oxide film on a support substrate 120a made of a single crystal silicon substrate.
  • An SOI substrate 120 having a silicon layer (active layer) 120c may be used.
  • the cantilever can be obtained by using the insulating layer 120b of the SOI substrate 120 as an etching stopper layer when forming the cantilever portion 22 during manufacturing.
  • the thickness of the portion 22 can be increased in accuracy, and the reliability can be improved and the cost can be reduced.
  • the first substrate 20 one selected from the group of metal substrates (for example, SUS substrate, Ti substrate, etc.), glass substrates, and polymer substrates may be used, and any one of these may be used. However, from the viewpoint of mechanical strength, it is preferable to use a metal substrate or a glass substrate. In addition, what is necessary is just to employ
  • the power generation device of the present embodiment is provided with the weight portion 23 at the tip end portion of the cantilever portion 22, the power generation amount can be increased as compared with the case where the weight portion 23 is not provided.
  • an adhesion process may be performed in which the weight part 23 is bonded to the tip of the cantilever part 22 of the first substrate 20 with an adhesive or the like.
  • the cantilever part is formed after the peeling process.
  • the weight portion 23 is bonded to the tip end portion of the weight 22, the design freedom of the shape and material of the weight portion 23 is increased, and it is possible to manufacture a power generation device with a larger power generation amount, and the cantilever portion 22 and Each of the weight portions 23 can be freely formed, and the degree of freedom of the manufacturing process is increased.
  • the ferroelectric device of this embodiment includes a lower electrode 24a formed on one surface side (first surface side) of the first substrate 20, and a first electrode in the lower electrode 24a.
  • the ferroelectric film 24 b is formed of a ferroelectric material having a lattice constant difference from that of the first substrate 20.
  • symbol is attached
  • the pyroelectric device in this embodiment employs PZT which is a kind of lead-based oxide ferroelectric as the ferroelectric material (pyroelectric material) of the ferroelectric film 24b.
  • PZT is a kind of lead-based oxide ferroelectric as the ferroelectric material (pyroelectric material) of the ferroelectric film 24b.
  • the substrate 20 a single crystal silicon substrate having one surface (first surface) of (100) plane is used, but the lead-based oxide ferroelectric is not limited to PZT, for example, PZT-PLT, PZT-based ferroelectrics to which PLT, PZT-PMN, or other impurities are added may be employed.
  • the pyroelectric material of the ferroelectric film 24b is a ferroelectric material having a lattice constant difference from the first substrate 20 (PZT, PZT-PMN, lead-based oxidation such as PZT doped with impurities). Material ferroelectric).
  • the silicon substrate used as the first substrate 20 is not limited to a single crystal silicon substrate (hereinafter referred to as a single crystal silicon substrate), but may be a polycrystalline silicon substrate.
  • Au is used as the material of the lower electrode 24a
  • an infrared absorbing material having conductivity such as Ni—Cr, Ni, gold black is used as the material of the upper electrode 24c.
  • the sensing element 230 is composed of the electrode 24a, the pyroelectric thin film 24b, and the upper electrode 24c.
  • these materials are not particularly limited, and examples of the material of the lower electrode 24a include Al and Cu. It may be adopted.
  • the upper electrode 24 when the above-described infrared absorbing material having conductivity is employed as the material of the upper electrode 224c, the upper electrode 24 also serves as an infrared absorbing film.
  • the first substrate 20 is not limited to a single crystal silicon substrate, and one selected from the group of metal substrates (for example, SUS substrate, Ti substrate, etc.), glass substrates, and polymer substrates may be used.
  • metal substrates for example, SUS substrate, Ti substrate, etc.
  • glass substrates for example, glass substrates, and polymer substrates
  • polymer substrates for example, polyethylene terephthalate (PET) or polyimide may be employed.
  • a support substrate 210 that supports the first substrate 20 provided with the sensing element 230 on the one surface side (first surface side) may be bonded. It is preferable that a thermal insulation gap 211 is formed in the support substrate 210 to thermally insulate the sensing element 230 and the support substrate 210.
  • the support substrate 210 for example, one selected from the group of a single crystal silicon substrate, a glass substrate, and a polymer substrate (for example, a PET substrate) may be used.
  • the thermal insulation gap 211 may be formed in the first substrate 20.
  • the gap 211 is provided in the first substrate 20, the above-described one of the first substrate 20 is provided. It may be formed by etching from the surface side (first surface side), or may be formed by etching from the other surface side (second surface side) of the first substrate 20.
  • the pyroelectric infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 9A and 9B described above includes only one sensing element 230. Also, the pyroelectric infrared sensor having the configuration shown in FIGS. 9C and 9D is an infrared array sensor (infrared image sensor) in which a plurality of sensing elements 230 are arranged in a two-dimensional array. Each element 230 constitutes a pixel.
  • infrared array sensor infrared image sensor
  • the thickness of the lower electrode 24a is set to 100 nm
  • the thickness of the ferroelectric film 24b is set to 1 ⁇ m to 3 ⁇ m
  • the thickness of the upper electrode 24c is set to 50 nm.
  • the manufacturing method of the pyroelectric device which is the ferroelectric device of the present embodiment will be described with reference to FIG. 8, but the same steps as the manufacturing method of the ferroelectric device described in the first embodiment will be described. Omitted as appropriate.
  • the ferroelectric film 24b is formed on one surface side (first surface side) of the second substrate 40 made of a single crystal MgO substrate having better lattice matching with the ferroelectric film 24b than the first substrate 20.
  • a metal material for example, Pt or the like
  • a single crystal MgO substrate whose one surface (first surface) is the (001) plane is used, but not limited thereto, the one surface (first surface) is (
  • a single crystal SrTiO 3 substrate having a (001) plane or a sapphire substrate having the one surface (first surface) having a (0001) plane may be employed.
  • the material of the bonding layer 51 for bonding the lower electrode 24a and the first substrate 20 is not limited to a metal that can be directly bonded to the lower electrode 24a.
  • a room temperature curable resin adhesive for example, a two-part room temperature curable epoxy resin adhesive, a one part room temperature curable epoxy resin adhesive
  • the first substrate 20 and the first substrate 20 may be bonded at room temperature via the bonding layer 51. In this case as well, the bonding temperature can be lowered similarly to the room temperature bonding.
  • the resin adhesive of the bonding layer 51 is not limited to a room temperature curing type, and for example, if the curing temperature is 150 ° C. or less, a thermosetting resin adhesive (for example, a thermosetting epoxy resin adhesive). Etc.) may be used.
  • the laser beam LB having a predetermined wavelength is transmitted through the second substrate 40 and reflected by the seed layer 124c, and the seed layer 124c of the ferroelectric layer 124b. It is assumed that the light has a wavelength that is absorbed by the second portion 24b 2 that does not overlap.
  • the structure shown in FIG. 8D is obtained by performing the peeling process of peeling the second substrate 40 by separating the first substrate 20 and the second substrate 40.
  • a seed layer removal process is performed to remove the seed layer 124c by ion beam etching or the like, thereby obtaining the structure shown in FIG.
  • the seed layer 124c is removed because the Pt film has a property of reflecting infrared rays.
  • the upper electrode 24c made of Ni—Cr, Ni, gold black, or the like is formed by sputtering, vapor deposition, CVD, or the like, so that the pyroelectric structure shown in FIG. Get the device.
  • the upper electrode 24c also has a function as an infrared absorption film.
  • the pyroelectric device After obtaining the pyroelectric device having the structure of FIG. 8F, the pyroelectric device is provided with a support substrate 210 provided with a gap 211 for thermal insulation (heat insulation) (see FIGS. 9A to 9D).
  • a pyroelectric infrared sensor is obtained by attaching to the substrate and performing appropriate patterning.
  • the first substrate 20 is etched from the one surface side (first surface side) or the other surface side (second surface side) to be thermally insulated. You may form the space
  • the ferroelectric film 24b on the seed layer 124c can be transferred. Therefore, by aligning a predetermined pattern of the seed layer 124c with a desired pattern of the ferroelectric film 24b, a photolithographic technique is performed after the transfer process. In addition, since it is not necessary to provide a process for patterning the ferroelectric film 24b using an etching technique, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced. Further, since the second substrate 40 is peeled off in the peeling step after the transfer step, it becomes possible to reuse the expensive second substrate 40 such as a single crystal MgO substrate, thereby reducing the cost. It becomes possible to plan.
  • the material of the bonding layer 51 is a metal that can be directly bonded to the lower electrode 24a, and the bonding layer 51 is the first before the bonding step. If the pattern is formed on the one surface side (first surface side) of the substrate 20 and the bonding layer 51 is formed only in the portions corresponding to the ferroelectric film 24b and the lower electrode 24a, the first substrate is formed. Only the portion where the 20 bonding layers 51 are formed can be bonded, and it is difficult to be affected by the level difference on the surface of the ferroelectric layer 124b, so that the bonding reliability can be improved. In addition, it is possible to more reliably prevent the transfer of the second portion 24b 2 of the ferroelectric layer 124b in the transfer process.
  • the pyroelectric material of the ferroelectric film 24b is a lead-based oxide ferroelectric
  • a single crystal MgO substrate, a single crystal SrTiO 3 substrate, or a sapphire substrate is used as the second substrate 40.
  • the ferroelectric film 24b with good crystallinity can be formed, and the silicon substrate (single crystal silicon substrate, polycrystalline silicon substrate) which is cheaper than the second substrate 40 as the first substrate 20 can be formed.
  • the cost can be reduced by using an SOI substrate, a glass substrate, a metal substrate, a polymer substrate, or the like.

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Abstract

第２の基板の一表面側に所定パターンのシード層を形成し、第２の基板の上記一表面側に強誘電体層を形成する。強誘電体層上に下部電極を形成し、下部電極と第１の基板とを接合層を介して接合する。所定波長のレーザ光を第２の基板の他表面側から照射し強誘電体層のうちシード層に重なる強誘電体膜およびシード層を第１の基板の上記一表面側に転写する。レーザ光を、第２の基板を透過し、且つ、シード層により反射され、且つ、強誘電体層のうちシード層に重ならない第２の部分に吸収される波長の光とする。

Description

強誘電体デバイスの製造方法
　本発明は、強誘電体膜の圧電効果や焦電効果を利用する強誘電体デバイスの製造方法に関するものである。
　従来から、強誘電体膜の圧電効果や焦電効果を利用する強誘電体デバイスが注目されている。
　この種の強誘電体デバイスの一例として、従来から、強誘電体膜を機能膜として備えたＭＥＭＳ（micro  electro　mechanical　systems）デバイスが提案されている。この種
のＭＥＭＳデバイスとしては、例えば、強誘電体膜の圧電効果を利用する発電デバイスやアクチュエータ、強誘電体膜の焦電効果を利用する焦電型赤外線センサなどの焦電デバイスが各所で研究開発されている。なお、圧電効果および焦電効果を示す強誘電体材料としては、例えば、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるＰＺＴ（：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）
などが広く知られている。
　また、従来から、一対の電極間に強誘電体膜を有するＭＥＭＳデバイスの製造方法として、強誘電体膜である圧電膜を中間転写体上に形成された電極上に形成する工程と、中間転写体上の圧電膜と振動板構造体とを接合層を介して接合する工程と、中間転写体を電極から剥離する工程とを備えるアクチュエータの製造方法が提案されている（特許文献１参照）。
　この特許文献１には、中間転写体の材料としてＭｇＯなどを採用し、圧電膜の材料としてＰＺＴなどを採用し、振動板構造体の材料としてＳｉなどを採用することが記載してもよい旨の記載がある。
　また、特許文献１には、接合層の材料をＰｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒなどの金属とし、圧電膜と振動板構造体との両方に接合層を形成して、通電加熱、通電圧接などにより接合層同士を接合することが記載されている。なお、振動板構造体側に形成する接合層（第１の接合層）は、パターニングされた複数の圧電膜それぞれの表面に形成された複数の接合層（第２の接合層）に跨るように形成している。
　また、特許文献１には、中間転写体を透過するレーザ光を中間転写体側から照射して中間転写板を電極から剥離することが記載されている。
　また、特許文献１には、上述の電極により一方の電極を構成し、上述の接合層により他方の電極を構成することが記載されている。
　上述のＭＥＭＳデバイスの製造方法によれば、振動板構造体の材料の選択肢が多くなるとともに、圧電膜の結晶性および性能を任意に調整でき、しかも、中間転写体の再利用が可能となる。
特開２００３－３０９３０３号公報
　ところで、特許文献１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、強誘電体膜である圧電膜をパターニングしてから、中間転写体上の圧電膜と振動板構造体とを接合層を介して接合しているので、圧電膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングする工程が必要であり、製造コストが高くなってしまう。また、圧電膜をパターニングせずに圧電膜と振動板構造体とを接合した場合には、接合後に、圧電膜をパターニングする必要がある。
　本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、強誘電体膜の結晶性および性能の向上を図れるとともに低コスト化を図れ、しかも、製造工程の簡略化を図れる強誘電体デバイスの製造方法を提供することにある。
　上記目的を達成するための強誘電体デバイスの製造方法は、第１の基板と、下部電極と、強誘電体膜と、上部電極とを備える強誘電体デバイスの製造方法である。下部電極は、第１の基板の一表面側に形成されている。強誘電体膜は、下部電極における第１の基板側とは反対側に形成されている。上部電極は、強誘電体膜における下部電極側とは反対側に形成されている。強誘電体デバイスの製造方法は、シード層形成工程と、強誘電体層形成工程と、下部電極形成工程と、接合工程と、転写工程とを備える。シード層形成工程において、第２の基板の一表面側に金属材料からなる所定パターンのシード層を形成する。強誘電体層形成工程は、シード層形成工程の後で行われる。強誘電体層形成工程において、第２の基板の一表面側に強誘電体材料からなる強誘電体層を形成する。下部電極形成工程は、強誘電体層形成工程の後で行われる。下部電極形成工程において、強誘電体層上に下部電極を形成する。接合工程は、下部電極形成工程の後で行われる。接合工程において、下部電極と第１の基板とを接合層を介して接合する。転写工程は、接合工程の後で行われる。転写工程は、所定波長のレーザ光を第２の基板の他表面側から照射し、強誘電体膜の第１の部分とシード層とを第１の基板の一表面側に転写する。強誘電体膜の第１の部分は、強誘電体層のうち、シード層に重なる部分で定義される。レーザ光は、第２の基板を透過する波長の光である。また、所定波長のレーザ光は、シード層により反射される波長の光である。さらに、所定波長のレーザ光は、強誘電体層の第２の部分に吸収される波長の光である。
　第２の基板は、第１の基板よりも強誘電体膜との整合性が良いことが好ましい。
　シード層は、強誘電体膜との格子整合性が良いことが好ましい。
　強誘電体膜が、第１の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成されていることが好ましい。
　すなわち、強誘電体デバイスの製造方法は、第１の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第１の基板側とは反対側に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記強誘電体膜が、前記第１の基板とは格子定数差のある強誘電体材料により形成された強誘電体デバイスの製造方法であって、前記第１の基板に比べて前記強誘電体膜との格子整合性の良い第２の基板の一表面側に前記強誘電体膜との格子整合性の良い金属材料からなる所定パターンのシード層を形成するシード層形成工程と、前記シード層形成工程の後で前記第２の基板の前記一表面側に前記強誘電体材料からなる強誘電体層を形成する強誘電体層形成工程と、前記強誘電体層形成工程の後で前記強誘電体層上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、前記下部電極形成工程の後で前記下部電極と前記第１の基板とを接合層を介して接合する接合工程と、前記接合工程の後で所定波長のレーザ光を前記第２の基板の他表面側から照射し前記強誘電体層のうち前記シード層に重なる第１の部分からなる前記強誘電体膜および前記シード層を前記第１の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備え、前記所定波長の前記レーザ光を、前記第２の基板を透過し、且つ、前記シード層により反射され、且つ、前記強誘電体層のうち前記シード層に重ならない第２の部分に吸収される波長の光とすることが好ましい。
　この強誘電体デバイスの製造方法において、前記接合層の材料を、前記下部電極との直接接合が可能な金属とし、前記接合層を前記接合工程よりも前に前記第１の基板の前記一表面側にパターン形成することが好ましい。
　この強誘電体デバイスの製造方法において、前記接合層の材料を、常温硬化型の樹脂接着剤とすることが好ましい。
　この強誘電体デバイスの製造方法において、前記強誘電体材料がＰＺＴであることが好ましい。
　第２の基板としてＭｇＯ基板を用いることが好ましい。
　所定波長を４００ｎｍ以上とすることが好ましい。
　所定波長は、４００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下であることが好ましい。
　所定波長は、４００ｎｍ以上７５０ｎｍ以下であることが好ましい。
　レーザ光は、フェムト秒レーザ，ＫｒＦエキシマレーザの３倍波，ＡｒＦエキシマレーザの３倍波，フェムト秒レーザの３倍波のいずれかであることが好ましい。
　この強誘電体デバイスの製造方法において、前記強誘電体膜が圧電膜であり、前記シード層を前記上部電極とすることが好ましい。
　この強誘電体デバイスの製造方法において、前記強誘電体膜が焦電体膜であり、前記転写工程の後で前記シード層を除去するシード層除去工程を行い、その後、前記強誘電体膜上に赤外線吸収材料からなる前記上部電極を形成する上部電極形成工程を行うことが好ましい。
　強誘電体膜の格子定数は、１の基板の格子定数から、第１の差を有している。強誘電体膜の格子定数は、第２の基板の格子定数から、第２の差を有している。そして、第２の差は、第１の差よりも小さいことが好ましい。
　シード層は、ＰｔまたはＡｌからなることが好ましい。
　第２基板は、その一表面に、第１の領域と第２の領域とを有している。第１の領域は、所定パターンを有するシード層によって覆われることが好ましい。そして、第２の領域は、所定パターンを有するシード層によって露出されていることが好ましい。
　強誘電体層の第１の部分は、第１の領域と重複していることが好ましい。強誘電体層の第２の部分は、第２の領域と重複していることが好ましい。
　本発明の強誘電体デバイスの製造方法においては、強誘電体膜の結晶性および性能の向上を図れるとともに低コスト化を図れ、しかも、製造工程の簡略化を図れる。
実施形態１の強誘電体デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の強誘電体デバイスの製造時に使用する材料の分光特性図である。 同上の強誘電体デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の強誘電体デバイスの概略分解斜視図である。 同上の強誘電体デバイスにおける要部の概略平面図である。 同上の強誘電体デバイスの要部の概略分解断面図である。 同上の強誘電体デバイスの他の構成例の概略分解断面図である。 実施形態２の強誘電体デバイスの製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上の強誘電体デバイスの応用例を示す概略断面図である。
　（実施形態１）
　まず、本実施形態における強誘電体デバイスについて図４～図６を参照しながら説明し、その後で、製造方法について図１～図３を参照しながら説明する。
　強誘電体デバイスは、第１の基板２０の一表面側に形成された下部電極２４ａと、下部電極２４ａにおける第１の基板２０側とは反対側に形成された強誘電体膜２４ｂと、強誘電体膜２４ｂにおける下部電極２４ａ側とは反対側に形成された上部電極２４ｃとを備える。ここで、強誘電体膜２４ｂは、第１の基板２０とは格子定数差のある強誘電体材料により形成されている。
　なお、第１の基板の厚み方向の一表面側は、第１の基板の第１面として定義され、第１の基板の厚み方向の他表面側は、第１の基板の第２面として定義される。
　本実施形態における強誘電体デバイスは、車の振動や人の動きによる振動などの任意の振動に起因した振動エネルギを電気エネルギに変換する発電デバイスであり、上述の強誘電体膜２４ｂが圧電膜を構成している。
　第１の基板２０は、シリコン基板（第１のシリコン基板）を用いて形成されており、フレーム部２１と、フレーム部２１の内側に配置されフレーム部２１に揺動自在に支持されたカンチレバー部２２とを有している。
　発電デバイスは、第１の基板２０のカンチレバー部２２に、上述の下部電極２４ａと強誘電体膜２４ｂと上部電極２４ｃとで構成される圧電変換部（圧電変換素子）からなる発電部２４が形成されている。つまり、発電部２４は、カンチレバー部２２の振動に応じて交流電圧を発生する。第１の基板２０におけるカンチレバー部２２の先端部には、カンチレバー部２２の変位量を大きくするための錘部２３が一体に設けられている。
　また、発電デバイスは、第１の基板２０の上記一表面側（図６の上面側：第１面側）においてフレーム部２１に固着された第１のカバー基板３０を備えている。また、発電デバイスは、第１の基板２０の他表面側（図６の下面側：第２面側）においてフレーム部２１に固着された第２のカバー基板１０を備えている。
　上述の第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）には、下部電極２４ａおよび上部電極２４ｃそれぞれに金属配線２６ａ，２６ｃを介して電気的に接続されたパッド２７ａ，２７ｂが、フレーム部２１に対応する部位で形成されている。ここにおいて、発電部２４は、下部電極２４ａと強誘電体膜２４ｂと上部電極２４ｃとの平面サイズを同じに設定してある。
　また、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）には、上部電極２４ｃに電気的に接続される金属配線２６ｃと下部電極２４ａとの短絡防止用の絶縁層２５が、発電部２４におけるフレーム部２１側の端部の一部を覆う形で形成されている。なお、絶縁層２５は、シリコン酸化膜により構成してあるが、シリコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜により構成してもよい。また、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）および上記他表面側（第２面側）には、それぞれ、シリコン酸化膜からなる絶縁膜２９ａ，２９ｂが形成されており、第１の基板２０と発電部２４との間が絶縁膜２９ａにより電気的に絶縁されている。
　また、第１のカバー基板３０は、シリコン基板（第２のシリコン基板）を用いて形成されている。そして、第１のカバー基板３０は、第１の基板２０側の一表面に、カンチレバー部２２と錘部２３とからなる可動部の変位空間を第１の基板２０との間に形成するための凹所３０ｂが形成されている。
　また、第１のカバー基板３０の他表面側（第２面側）には、発電部２４で発生した交流電圧を外部へ供給するための出力用電極３５，３５が形成されている。この第１のカバー基板３０は、各出力用電極３５，３５と、第１のカバー基板３０の上記一表面側（第１面側）に形成された連絡用電極３４，３４とが、第１のカバー基板３０の厚み方向に貫設された貫通孔配線３３，３３を介して電気的に接続されている。ここで、第１のカバー基板３０は、各連絡用電極３４，３４が、第１の基板２０のパッド２７ａ，２７ｃと接合されて電気的に接続されている。なお、本実施形態では、各出力用電極３５，３５および各連絡用電極３４，３４をＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、これらの材料は特に限定するものではない。また、各貫通孔配線３３，３３の材料としてはＣｕを採用しているが、これに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌなどを採用してもよい。
　第１のカバー基板３０は、２つの出力用電極３５，３５同士の短絡を防止するためのシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２が、当該第１のカバー基板３０の上記一表面側（第１面側）および上記他表面側（第２面側）と、貫通孔配線３３，３３が内側に形成された貫通孔３１の内周面とに跨って形成されている。なお、第１のカバー基板３０としてガラス基板のような絶縁性基板を用いる場合には、このような絶縁膜３２は設ける必要はない。
　また、第２のカバー基板１０は、シリコン基板（第３のシリコン基板）を用いて形成されている。第２のカバー基板１０における第１の基板２０側の一表面（第１面）には、カンチレバー部２２と錘部２３とからなる可動部の変位空間を第１の基板２０との間に形成するための凹所１０ｂが形成されている。なお、第２のカバー基板１０としても、ガラス基板のような絶縁性基板を用いてもよい。
　また、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）には、第１のカバー基板３０と接合するための第１の接合用金属層２８が形成されており、第１のカバー基板３０には、第１の接合用金属層２８に接合される第２の接合用金属層（図示せず）が形成されている。ここで、第１の接合用金属層２８の材料としては、パッド２７ｃと同じ材料を採用しており、第１の接合用金属層２８は、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）においてパッド２７と同じ厚さに形成されている。
　第１の基板２０とカバー基板１０，３０とは、常温接合法により接合してあるが、常温接合法に限らず、例えば、エポキシ樹脂などを用いた樹脂接合法や、陽極接合法などにより接合してもよい。樹脂接合法では、常温硬化型の樹脂接着剤（例えば、２液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤、１液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤）を用いれば、熱硬化型の樹脂接着剤（例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤など）を用いる場合に比べて、接合温度の低温化を図れる。
　以上説明した発電デバイスでは、発電部２４が下部電極２４ａと圧電膜である強誘電体膜２４ｂと上部電極２４ｃとで構成される圧電変換部により構成されているから、カンチレバー部２２の振動によって発電部２４の強誘電体膜２４ｂが応力を受け上部電極２４ｃと下部電極２４ａとに電荷の偏りが発生し、発電部２４において交流電圧が発生する。
　ところで、本実施形態における発電デバイスは、強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料として、鉛系圧電材料の一種であるＰＺＴを採用しており、第１の基板２０として、上記一表面（第１面）が（１００）面のシリコン基板（第１のシリコン基板）を用いているが、鉛系圧電材料は、ＰＺＴに限らず、例えば、ＰＺＴ－ＰＭＮ（:Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）やその他の不純物を添加したＰＺＴなどを採用してもよい。いずれにしても、強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料は、第１の基板２０とは格子定数差のある強誘電体材料（ＰＺＴ、ＰＺＴ－ＰＭＮ、不純物を添加したＰＺＴなどの鉛系の酸化物強誘電体）である。また、第１の基板２０として用いる第１のシリコン基板は、単結晶のシリコン基板（以下、単結晶シリコン基板と称する）に限らず、多結晶のシリコン基板でもよい。
　また、本実施形態では、下部電極２４ａの材料としてＡｕ、上部電極２４ｃの材料としてＰｔを採用しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、下部電極２４ａの材料としては、例えば、Ａｌを採用してもよく、上部電極２４ｃの材料としては、例えば、Ｍｏ，Ａｌ，Ａｕなどを採用してもよい。
　なお、本実施形態の発電デバイスでは、下部電極２４ａの厚みを５００ｎｍ、強誘電体膜２４ｂの厚みを６００ｎｍ、上部電極２４ｃの厚みを１００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、強誘電体膜２４ｂの比誘電率をε、発電指数をＰとすると、Ｐ∝ｅ31 2／εの関係が成り立ち、発電指数Ｐが大きいほど発電効率が大きくなる。
　以下、本実施形態の強誘電体デバイスである発電デバイスの製造方法について図１を参照しながら説明する。
　まず、第２の基板４０を用意する。第２の基板の厚み方向の一表面側に第１面を有しており、厚み方向の他表面側に第２面を有している。
　そして、第１の基板２０に比べて強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い単結晶ＭｇＯ基板からなる第２の基板４０の一表面側（言い換えると、第２の基板４０の第１面）に、強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い金属材料（例えば、Ｐｔなど）からなる所定パターンのシード層１２４ｃを形成するシード層形成工程を行い、その後、第２の基板４０の上記一表面側（第１面側）に強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる強誘電体層１２４ｂを形成する強誘電体層形成工程を行うことによって、図１（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第２の基板４０としては、上記一表面（第１面）が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、これに限らず、上記一表面（第１面）が（００１）面の単結晶ＳｒＴｉＯ3基板や上記一表面（第１面）が（０００１）面のサファイア基板などを採用してもよい。また、第２の基板４０の厚さを３００μｍとしてあるが、この厚さは特に限定するものではない。また、シード層形成工程では、シード層１２４ｃをスパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法などの成膜技術と、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用したパターニング技術とにより形成すればよい。また、適宜のシャドーマスクなどを利用して所定パターンのシード層１２４ｃを形成するようにしてもよい。また、強誘電体層形成工程では、強誘電体層１２４ｂをＲＦマグネトロンスパッタ法などのスパッタ法により形成しており、強誘電体層１２４ｂのうち厚み方向において各シード層１２４ｃそれぞれに重なる第１の部分が、それぞれ、結晶化した強誘電体膜２４ｂからなり、厚み方向においてシード層１２４ｃに重ならない第２の部分２４ｂ2が、アモルファス状の膜となっている。なお、強誘電体層１２４ｂの成膜方法は、スパッタ法に限らず、例えば、ＣＶＤ法やゾルゲル法などでもよい。
　上述のように、シード層形成工程において、所定パターンのシード層１２４ｃが、第２の基板４０の一表面側（第２の基板の第１面）に設けられる。したがって、第２の基板４０は、第１の領域と第２の領域とを有する。第２の基板４０の第１の領域は、所定パターンのシード層１２４ｃが設けられた領域として定義される。第２の基板の第２の領域は、シード層１２４ｃが設けられていない領域として定義される。言い換えると、第２の基板の第２の領域は、シード層１２４ｃによって露出されている領域として定義される。
　そして、強誘電体層形成工程において、第２の基板の一表面側（第１面側）に、強誘電体材料からなる強誘電体層１２４ｂが形成される。強誘電体層１２４ｂは、結晶化した強誘電体膜２４ｂと、アモルファス状の膜２４ｂ2とを有している。結晶化した強誘電体膜２４ｂは、シード層１２４ｃと、シード層１２４ｃの厚み方向において重なっている。アモルファス上の膜２４ｂ2は、第２の基板の一表面側（第１面側）で、シード層１２４ｃとずれて配置されている。
　したがって、強誘電体層の第１の部分は、第２の基板の第１の領域と、第２の基板の厚み方向において重複している。また、強誘電体層の第２の部分は、第２の基板の第２の領域と、第２の基板の厚み方向において重複している。
　上述の強誘電体層形成工程の後、強誘電体層１２４ｂ上に下部電極２４ａを形成する下部電極形成工程を行ってから、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合層５１を介して接合する接合工程を行うことによって、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、下部電極形成工程では、例えば、スパッタ法、蒸着法などを利用してＡｕ層（第１のＡｕ層）からなる下部電極２４ａを形成すればよい。また、接合工程では、第２の基板４０と第１の基板２０とを対向配置した後、第２の基板４０の上記一表面側（第１面側）の下部電極２４ａと第１の基板２０とを、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）に形成されている接合層５１を介して接合する。ここで、接合層５１は、絶縁膜２９ａ上のＴｉ層と、このＴｉ層上のＡｕ層（第２のＡｕ層）とで構成してある。このＴｉ層は、接合層５１を第２のＡｕ層のみにより構成する場合に比べて、接合層５１と絶縁膜２９ａとの密着性を改善するために設けてある。なお、本実施形態では、絶縁膜２９ａ，２９ｂを熱酸化法により形成しており、Ｔｉ層の膜厚を１５～５０ｎｍ、第２のＡｕ層の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。また、密着性を改善するための密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。また、第２のＡｕ層は、Ａｕ薄膜に限らず、多数のＡｕ微粒子を堆積させたＡｕ微粒子層でもよい。
　上述の接合工程では、第１のＡｕ層からなる下部電極２４ａと第２のＡｕ層が最表面側に形成された接合層５１とを対向配置した後、下部電極２４ａと接合層５１とを常温接合により接合することができる。すなわち、この接合工程を行うことにより、下部電極２４ａと第１の基板２０とが、接合層５１を介して接合される。ここでは、下部電極２４ａと接合層５１とを常温接合する際の材料の組み合わせがＡｕ－Ａｕの組み合わせとなっている。この接合工程では、接合前に互いの接合表面（下部電極２４ａおよび接合層５１それぞれの表面）へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加して直接接合する。この接合工程に関して、Ａｕ－Ａｕの組み合わせでの常温接合のプロセス条件の一例を挙げれば、例えば、アルゴンのイオンビームを照射する際の真空度を１×１０-5Ｐａ以下、加速電圧を１００Ｖ、照射時間を１６０秒とし、接合時の荷重を２０ｋＮ、接合時間を３００秒とすればよい。
　下部電極２４ａと接合層５１との材料の組み合わせは、Ａｕ－Ａｕの組み合わせに限らず、例えば、Ａｕ－ＡｕＳｎ、Ａｌ－Ａｌ、Ｃｕ－Ｃｕなどの組み合わせでも常温接合することができる。また、下部電極２４ａと接合層５１との接合は、常温下での直接接合である常温接合に限らず、例えば、１００℃以下の温度で加熱を行いながら適宜の荷重を印加して接合する直接接合でもよい。また、下部電極２４ａと接合層５１とが接合されて電気的に接続されるから、結果的に、下部電極２４ａと接合層５１とで、下部電極とみなすこともできる。
　また、接合工程において、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合するための接合層５１の材料は、下部電極２４ａとの直接接合が可能な金属に限るものではない。例えば、接合層５１の材料として、常温硬化型の樹脂接着剤（例えば、２液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤、１液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤）を採用し、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合層５１を介して常温で接合するようにしてもよく、この場合も、常温接合と同様に、接合温度の低温化を図れる。また、接合層５１の樹脂接着剤として、常温硬化型のものに限らず、例えば、硬化温度が１５０℃以下であれば熱硬化型の樹脂接着剤（例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤など）を用いてもよい。
　上述の接合工程の後、図１（ｃ）に示すように、第２の基板４０を透過する所定波長のレーザ光ＬＢを第２の基板４０の他表面側から照射し強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重なる強誘電体膜２４ｂおよびシード層１２４ｃを第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）に転写する転写工程を行う。ここにおいて、本実施形態では、シード層１２４ｃを上部電極２４ｃとする。つまり、本実施形態では、転写工程において、強誘電体膜２４ｂと上部電極２４ｃとの積層膜を転写する。
　上述の転写工程では、所定波長のレーザ光ＬＢを、第２の基板４０を透過し、且つ、シード層１２４ｃにより反射され、且つ、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重ならない第２の部分２４ｂ2に吸収される波長の光とする。
　強誘電体層１２４ｂの第２の部分２４ｂ2にレーザ光ＬＢが吸収されると、第２の部分２４ｂ2は急速に加熱される。これにより、第２の部分２４ｂ2は、熱膨張し、また、部分的に熱分解される。
　第２の部分２４ｂ2が熱膨張し、また、部分的に熱分解されると、第１の部分２４ｂと第２の部分２４ｂ2との間に熱膨張の差が瞬間的に発生する。その結果、第２の部分２４ｂ2と第１の部分２４ｂとの間の界面において、第２の部分２４ｂ2は第１の部分２４ｂから分離される。また、第２の部分２４ｂ2が膨張したとき、第２の基板を第１の基板から離れる方向に向かって力が発生する。その結果、第２の基板とシード層１２４ｃとが分離される。また、第２の部分２４ｂ2が部分的に熱分解されると、下部電極２４と第２の部分２４ｂ2との間の密着強度が低下する。これにより、第１の基板２０と第２の基板４０とを引き離したとき、第２の基板４０を、第２の部分と共に、第１の基板２０から剥離できる。
　ところで、ＭｇＯ、ＰＺＴ、Ｐｔそれぞれは図２に示すような分光特性を有しているの。したがって、第２の基板４０、強誘電体層１２４ｂ、シード層１２４ｃそれぞれの材料がＭｇＯ、ＰＺＴ、Ｐｔである場合には、レーザ光ＬＢの所定波長を、４００ｎｍ以上とすればよい。この場合のレーザ光源としては、例えば、基本波の波長が７５０ｎｍ～１１００ｎｍにあるフェムト秒レーザ（例えば、Ｔｉ：サファイアレーザなど）を用いればよい。また、波長が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザや波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザやフェムト秒レーザの３倍波を用いてもよい。また、レーザ光ＬＢのエネルギ密度は、例えば、５～１５ｍＪ／ｍｍ2程度とすればよい。ここで、レーザ光ＬＢのうち強誘電体層１２４ｂの強誘電体膜２４ｂに向かうものは、シード層１２４ｃにより反射される。しかして、強誘電体膜２４ｂでは、レーザ光ＬＢの吸収が起こらないので、転写工程において、強誘電体膜２４ｂの物性が変化するのを防止することが可能となる。なお、図１（ｃ）中の実線の矢印は、シード層１２４ｃに向かうレーザ光ＬＢを模式的に示し、破線の矢印は、強誘電体層１２４ｂの第２の部分２４ｂ2に向かうレーザ光ＬＢを模式的に示している。
　上述の転写工程の後、第１の基板２０と第２の基板４０とを引き離すことにより、第２の基板４０を剥離する剥離工程を行うことによって、図１（ｄ）に示す構造を得る。
　この剥離工程の後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して下部電極２４ａをパターニングする下部電極パターニング工程を行うことで下部電極２４ａとパターニング前の下部電極２４ａの一部からなる金属配線２６ａおよびパッド２７ａとを形成する（パターニング後の下部電極２４ａと金属配線２６ａとパッド２７ａとで１つの下部電極２４ａとみなすこともできる）。その後、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）に絶縁層２５を形成する絶縁層形成工程を行い、続いて、金属配線２６ｃおよびパッド２７ｃをスパッタ法やＣＶＤ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術を利用して形成する配線形成工程を行う。その後、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して第１の基板２０を加工してカンチレバー部２２および錘部２３を形成する基板加工工程を行うことによって、図１（ｅ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、下部電極パターニング工程を行うことにより金属配線２６ａおよびパッド２７ａを形成しているが、これに限らず、下部電極パターニング工程と絶縁層形成工程との間に金属配線２６ａおよびパッド２７ａを形成する配線形成工程を別途に設けてもよいし、金属配線２６ａを形成する金属配線形成工程とパッド２７ａを形成するパッド形成工程とを別々に設けてもよい。また、絶縁層形成工程では、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）の全面に絶縁層２５をＣＶＤ法などにより成膜してからフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングしているが、リフトオフ法を利用して絶縁層２５を形成するようにしてもよい。
　上述の基板加工工程の後は、第１の基板２０に各カバー基板１０，３０を接合するカバー接合工程を行うことによって、図１（ｆ）に示す構造の発電デバイスを得る。ここにおいて、カバー接合工程が終了するまでをウェハレベルで行ってから、ダイシング工程を行うことで個々の発電デバイスに分割するようにしている。なお、各カバー基板１０，３０は、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程、薄膜形成工程、めっき工程などの周知の工程を適宜適用して形成すればよい。
　以上説明したように、本実施形態における発電デバイス（強誘電体デバイス）は、発電部２４を備える。発電部２４は、圧電変換部を有する。圧電変換部は、第１の基板２０のカンチレバー部２２に形成されており、カンチレバー部２２の振動に応じて交流電圧を発生する。発電部２４は、下部電極２４ａと、強誘電体膜２４ｂと、上部電極２４ｃとを有している。下部電極２４ａは、カンチレバー部２２の一表面側（第１面側）に形成されている。強誘電体膜２４ｂは、下部電極２４ａにおけるカンチレバー部２２側とは反対側に形成されている。上部電極２４ｃは、強誘電体膜２４ｂにおける下部電極２４ａ側とは反対側に形成されている。そして、発電デバイス（強誘電体デバイス）の製造方法は、シード層形成工程と、強誘電体層形成工程と、下部電極形成工程と、転写工程とを備える。シード層形成工程では、第２の基板４０の上記一表面側に金属材料からなる所定パターンのシード層１２４ｃを形成する。強誘電体層形成工程は、シード層形成工程の後におこなわれる。強誘電体層形成工程では、第２の基板４０の上記一表面側（第１面側）に強誘電体層１２４ｂを形成する。下部電極形成工程は、強誘電体層形成工程の後で行われる。下部電極形成工程では、強誘電体層１２４ｃ上に下部電極２４ａを形成する。接合工程は、下部電極形成工程の後で行われる。接合工程では、下部電極２４ａと第１の基板４０とを接合層５１を介して接合する。転写工程は、接合工程の後に行われる。接合工程では、所定波長のレーザ光ＬＢを第２の基板４０の上記他表面側（第２面側）から照射する。これにより、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重なる第１の部分からなる強誘電体膜２４ｂおよびシード層１２４ｃを第１の基板２０の上記一表面側に転写する。そして、レーザ光ＬＢの所定波長は、以下の条件を満たす。第２の基板４０を透過する。シード層１２４ｃにより反射される。強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重ならない第２の部分２４ｂ2に吸収される。
　したがって、転写工程において、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃ上の強誘電体膜２４ｂのみを転写できる。よって、シード層１２４ｃの所定パターンを強誘電体膜２４ｂの所望のパターンに合わせておくことにより、転写工程の後で、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して強誘電体膜２４ｂをパターニングする工程を設ける必要がなくなる。したがって、製造工程の簡略化を図れ、低コスト化を図れる。また、転写工程後の剥離工程で、第２の基板４０を剥離するようにしている。したがって、単結晶ＭｇＯ基板などの高価な第２の基板４０を再利用することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
　また、強誘電体膜２４ｂは、第１の基板２０とは格子定数差を有している。
　そして、第２の基板４０は、第１の基板２０に比べて強誘電体膜２４ｂとの格子整合性が良い。
　言い換えると、第１の基板２０の材料の格子定数は、強誘電体膜２４ｂの材料の格子定数と第１の差を有している。第２の基板２０の材料の格子定数は、強誘電体膜２４ｂの材料の格子定数と第２の差を有している。第２の差は、第１の差よりも小さい。
　そして、シード層１２４ｃは、強誘電体膜２４ｂと格子整合性が良い金属材料でできている。
　すなわち、本実施形態における発電デバイス（強誘電体デバイス）は、第１の基板２０のカンチレバー部２２に形成されカンチレバー部２２の振動に応じて交流電圧を発生する圧電変換部からなる発電部２４を備え、発電部２４が、カンチレバー部２２の一表面側（第１面側）に形成された下部電極２４ａと、下部電極２４ａにおけるカンチレバー部２２側とは反対側に形成され第１の基板２０とは格子定数差のある強誘電体材料からなる強誘電体膜２４ｂと、強誘電体膜２４ｂにおける下部電極２４ａ側とは反対側に形成された上部電極２４ｃとを有している。そして、その製造方法において、第１の基板２０に比べて強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い第２の基板４０の上記一表面側に強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い金属材料からなる所定パターンのシード層１２４ｃを形成するシード層形成工程と、シード層形成工程の後で第２の基板４０の上記一表面側（第１面側）に強誘電体層１２４ｂを形成する強誘電体層形成工程と、強誘電体層形成工程の後で強誘電体層１２４ｃ上に下部電極２４ａを形成する下部電極形成工程と、下部電極形成工程の後で下部電極２４ａと第１の基板４０とを接合層５１を介して接合する接合工程と、接合工程の後で所定波長のレーザ光ＬＢを第２の基板４０の上記他表面側（第２面側）から照射し強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重なる第１の部分からなる強誘電体膜２４ｂおよびシード層１２４ｃを第１の基板２０の上記一表面側に転写する転写工程とを備え、所定波長のレーザ光ＬＢを、第２の基板４０を透過し、且つ、シード層１２４ｃにより反射され、且つ、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重ならない第２の部分２４ｂ2に吸収される波長の光とする。
　しかして、本実施形態の発電デバイスの製造方法では、第１の基板２０の基板材料によらず強誘電体膜２４ｂの結晶性および性能（ここでは、圧電定数ｅ31）の向上を図れるとともに低コスト化を図れ、しかも、製造工程の簡略化を図れる。要するに、第１の基板２０の上記一表面側に薄膜形成技術により強誘電体膜２４ｂを成膜する場合に比べて強誘電体膜２４ｂの圧電定数ｅ31を大きくできるとともに比誘電率を小さくでき、且つ、第１の基板２０として第２の基板４０に比べて機械的強度の高いものを用いることにより信頼性の高い発電デバイスを提供することができ、しかも、転写工程において、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃ上の強誘電体膜２４ｂのみを転写できるので、シード層１２４ｃの所定パターンを強誘電体膜２４ｂの所望のパターンに合わせておくことにより、転写工程の後で、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して強誘電体膜２４ｂをパターニングする工程を設ける必要がなくなるから、製造工程の簡略化を図れ、低コスト化を図れる。また、転写工程後の剥離工程で、第２の基板４０を剥離するようにしているので、単結晶ＭｇＯ基板などの高価な第２の基板４０を再利用することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
　また、接合層５１の材料を、下部電極２４ａとの直接接合が可能な金属とし、接合層５１を接合工程よりも前に図３に示すように第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）にパターン形成するようにし、強誘電体膜２４ｂおよび下部電極２４ａに対応する部位のみに接合層５１を形成するようにすれば、第１の基板２０の接合層５１が形成された箇所のみ接合することができ、強誘電体層１２４ｂの表面の段差の影響を受けにくくなり、接合信頼性を高めることができる。また、転写工程において強誘電体層１２４ｂの第２の部分２４ｂ2が転写されるのを、より確実に防止することが可能となる。
　また、本実施形態の発電デバイスでは、強誘電体膜２４ｂをＡｌＮ薄膜により構成する場合に比べて圧電定数ｅ31を大きくでき、且つ、強誘電体膜２４ｂを第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）に成膜した多結晶のＰＺＴ薄膜により構成する場合に比べて、より圧電定数ｅ31を大きくすることが可能となり、発電効率の向上による高出力化を図れ、しかも、強誘電体膜２４ｂを上述の多結晶のＰＺＴ薄膜により構成する場合に比べて比誘電率を小さくできて寄生容量の低減による発電効率の向上を図れる。
　また、本実施形態の発電デバイスの製造方法によれば、カンチレバー部２２の材料の選択肢が多くなって、発電デバイスの設計自由度が多くなるとともに、所望の振動特性の発電デバイスの製造が容易になり、多様な振動特性の発電デバイスの実現が可能となる。
　また、本実施形態の発電デバイスの製造方法では、接合工程において、接合層５１としてＡｕ層を利用しているので、下部電極２４ａをＡｕ層により構成しておくことで下部電極２４ａのＡｕ層と接合層５１のＡｕ層とを（つまり、Ａｕ層同士を）、常温接合法などにより低温で直接接合することができるので、プロセス温度の低温化を図れ、接合工程において強誘電体膜２４ｂの特性が劣化するのを防止することができる。また、接合工程において接合層５１としてエポキシ樹脂などからなる樹脂層を利用してもよく、この場合も共晶接合法などに比べて低温で接合することができる。なお、Ａｕ層同士を直接接合する場合には、常温接合法に限らず、適宜の加熱（例えば、１００℃）と荷重を付加する直接接合でもよい。
　また、本実施形態の発電デバイスの製造方法では、強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料が鉛系圧電材料であり、第２の基板４０として、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳｒＴｉＯ3基板もしくはサファイア基板を用いているので、結晶性の良好な圧電膜である強誘電体膜２４ｂを形成することができ、また、第１の基板２０として、単結晶シリコン基板を用いているので、信頼性の向上および低コスト化を図れる。
　ここで、第１の基板２０としては、例えば、図７に示すように、単結晶シリコン基板からなる支持基板１２０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１２０ｂ上に単結晶のシリコン層（活性層）１２０ｃを有するＳＯＩ基板１２０を用いてもよく、この場合は、製造時において、ＳＯＩ基板１２０の絶縁層１２０ｂをカンチレバー部２２の形成時のエッチングストッパ層として利用することでカンチレバー部２２の厚さの高精度化を図れるとともに、信頼性の向上および低コスト化を図れる。
　また、第１の基板２０としては、金属基板（例えば、ＳＵＳ基板、Ｔｉ基板など）、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される１つを用いてもよく、これらのいずれか１つを用いた場合にも、信頼性の向上を図れるが、機械的強度の観点からは、金属基板やガラス基板を用いることが好ましい。なお、ポリマー基板のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどを採用すればよい。
　ところで、本実施形態の発電デバイスは、カンチレバー部２２の先端部に錘部２３が設けられているので、錘部２３を有していない場合に比べて、発電量を大きくすることができるが、剥離工程の後で、第１の基板２０におけるカンチレバー部２２の先端部に錘部２３を接着剤などにより接着する接着工程を行うようにしてもよく、この場合は、剥離工程の後でカンチレバー部２２の先端部に錘部２３を接着するので、錘部２３の形状および材料それぞれの設計自由度が高くなり、より発電量の大きな発電デバイスを製造することが可能となるとともに、カンチレバー部２２および錘部２３それぞれを自由につくることができて製造プロセスの自由度が高くなる。
　（実施形態２）
　まず、本実施形態における強誘電体デバイスについて図８（ｆ）を参照しながら説明し、その後で、製造方法について図８を参照しながら説明する。
　本実施形態の強誘電体デバイスは、図８（ｆ）に示すように、第１の基板２０の一表面側（第１面側）に形成された下部電極２４ａと、下部電極２４ａにおける第１の基板２０側とは反対側に形成された強誘電体膜２４ｂと、強誘電体膜２４ｂにおける下部電極２４ａ側とは反対側に形成された上部電極２４ｃとを備える。ここで、強誘電体膜２４ｂは、第１の基板２０とは格子定数差のある強誘電体材料により形成されている。なお、強誘電体デバイスとして実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付してある。
　本実施形態における強誘電体デバイスは、焦電デバイスであり、強誘電体膜２４ｂが焦電体膜である。
　ところで、本実施形態における焦電デバイスは、強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料（焦電材料）として、鉛系の酸化物強誘電体の一種であるＰＺＴを採用しており、第１の基板２０として、上記一表面（第１面）が（１００）面の単結晶のシリコン基板を用いているが、鉛系の酸化物強誘電体は、ＰＺＴに限らず、例えば、ＰＺＴ－ＰＬＴ、ＰＬＴやＰＺＴ－ＰＭＮなどやその他の不純物を添加したＰＺＴ系強誘電体などを採用してもよい。いずれにしても、強誘電体膜２４ｂの焦電材料は、第１の基板２０とは格子定数差のある強誘電体材料（ＰＺＴ、ＰＺＴ－ＰＭＮ、不純物を添加したＰＺＴなどの鉛系の酸化物強誘電体）である。また、第１の基板２０として用いるシリコン基板は、単結晶のシリコン基板（以下、単結晶シリコン基板と称する）に限らず、多結晶のシリコン基板でもよい。
　また、本実施形態では、下部電極２４ａの材料として、Ａｕを採用し、上部電極２４ｃの材料として、Ｎｉ－Ｃｒ、Ｎｉ、金黒などの導電性を有する赤外線吸収材料を採用しており、下部電極２４ａと焦電体薄膜２４ｂと上部電極２４ｃとでセンシングエレメント２３０を構成しているが、これらの材料は特に限定するものではなく、下部電極２４ａの材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕなどを採用してもよい。ここで、上部電極２２４ｃの材料として、上述の導電性を有する赤外線吸収材料を採用した場合、上部電極２４が赤外線吸収膜を兼ねることとなる。
　また、第１の基板２０としては、単結晶シリコン基板に限らず、金属基板（例えば、ＳＵＳ基板、Ｔｉ基板など）、ガラス基板、ポリマー基板の群から選択される１つを用いてもよい。なお、ポリマー基板のポリマーとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリイミドなどを採用すればよい。
　上述の焦電デバイスを焦電型赤外線センサとして用いる場合には、例えば、図９（ａ）～（ｄ）に示すように、第１の基板２０の他表面側（第２面側）に、センシングエレメント２３０を上記一表面側（第１面側）に備えた第１の基板２０を支持する支持基板２１０を接合してもよい。支持基板２１０には、熱絶縁用の空隙２１１を形成して、センシングエレメント２３０と支持基板２１０とを熱絶縁することが好ましい。ここで、支持基板２１０としては、例えば、単結晶シリコン基板、ガラス基板、ポリマー基板（例えば、ＰＥＴ基板など）の群から選択される１つを用いればよい。支持基板２１０を設けずに、第１の基板２０に、熱絶縁用の空隙２１１を形成してもよく、第１の基板２０に空隙２１１を設ける場合には、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）からのエッチングにより形成してもよいし、第１の基板２０の上記他表面側（第２面側）からのエッチングにより形成してもよい。
　上述の図９（ａ），（ｂ）に示した構成の焦電型赤外線センサは、センシングエレメント２３０を１つだけ備えている。また、図９（ｃ），（ｄ）に示した構成の焦電型赤外線センサは、複数のセンシングエレメント２３０が２次元アレイ状に配列された赤外線アレイセンサ（赤外線イメージセンサ）であり、各センシングエレメント２３０それぞれが画素を構成している。
　なお、本実施形態の焦電デバイスでは、下部電極２４ａの厚みを１００ｎｍ、強誘電体膜２４ｂの厚みを１μｍ～３μｍ、上部電極２４ｃの厚みを５０ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。
　本実施形態の焦電デバイスは、強誘電体膜２４ｂの焦電係数をγ〔Ｃ／（ｃｍ2・Ｋ）〕、誘電率をε、焦電デバイスの性能指数をＦγ〔Ｃ／（ｃｍ2・Ｊ）〕とすると、Ｆγ∝γ／εの関係が成り立ち、強誘電体膜２４ｂの焦電係数γが大きいほど、焦電デバイスの性能指数Ｆγが大きくなる。
　以下、本実施形態の強誘電体デバイスである焦電デバイスの製造方法について図８を参照しながら説明するが、実施形態１で説明した強誘電体デバイスの製造方法と同様の工程については説明を適宜省略する。
　まず、第１の基板２０に比べて強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い単結晶ＭｇＯ基板からなる第２の基板４０の一表面側（第１面側）に、強誘電体膜２４ｂとの格子整合性の良い金属材料（例えば、Ｐｔなど）からなる所定パターンのシード層１２４ｃを形成するシード層形成工程を行い、その後、第２の基板４０の上記一表面側（第１面側）に強誘電体膜２４ｂの強誘電体材料（例えば、ＰＺＴなど）からなる強誘電体層１２４ｂを形成する強誘電体層形成工程を行うことによって、図８（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、第２の基板４０としては、上記一表面（第１面）が（００１）面の単結晶ＭｇＯ基板を用いているが、これに限らず、上記一表面（第１面）が（００１）面の単結晶ＳｒＴｉＯ3基板や上記一表面（第１面）が（０００１）面のサファイア基板などを採用してもよい。
　上述の強誘電体層形成工程の後、強誘電体層１２４ｂ上に下部電極２４ａを形成する下部電極形成工程を行ってから、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合層５１を介して接合する接合工程を行うことによって、図８（ｂ）に示す構造を得る。この接合工程では、実施形態１と同様、第１のＡｕ層からなる下部電極２４ａと第２のＡｕ層が最表面側に形成された接合層５１とを対向配置した後、下部電極２４ａと接合層５１とを常温接合により接合することができる。
　また、接合工程において、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合するための接合層５１の材料は、下部電極２４ａとの直接接合が可能な金属に限るものではない。例えば、接合層５１の材料として、常温硬化型の樹脂接着剤（例えば、２液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤、１液常温硬化型のエポキシ樹脂系接着剤）を採用し、下部電極２４ａと第１の基板２０とを接合層５１を介して常温で接合するようにしてもよく、この場合も、常温接合と同様に、接合温度の低温化を図れる。また、接合層５１の樹脂接着剤として、常温硬化型のものに限らず、例えば、硬化温度が１５０℃以下であれば熱硬化型の樹脂接着剤（例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂系接着剤など）を用いてもよい。
　上述の接合工程の後、図８（ｃ）に示すように、第２の基板４０を透過する所定波長のレーザ光ＬＢを第２の基板４０の他表面側から照射し強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重なる強誘電体膜２４ｂおよびシード層１２４ｃを第１の基板２０の上記一表面側に転写する転写工程を行う。
　上述の転写工程では、実施形態１と同様、所定波長のレーザ光ＬＢを、第２の基板４０を透過し、且つ、シード層１２４ｃにより反射され、且つ、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃに重ならない第２の部分２４ｂ2に吸収される波長の光とする。
　上述の転写工程の後、第１の基板２０と第２の基板４０とを引き離すことにより、第２の基板４０を剥離する剥離工程を行うことによって、図８（ｄ）に示す構造を得る。
　上述の剥離工程の後、シード層１２４ｃをイオンビームエッチングなどにより除去するシード層除去工程を行うことによって、図８（ｅ）に示す構造を得る。なお、シード層１２４ｃを除去するのは、Ｐｔ膜が赤外線を反射する性質を有しているからである。
　上述のシード層除去工程の後、Ｎｉ－Ｃｒ、Ｎｉ、金黒などからなる上部電極２４ｃをスパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などにより形成することによって、図８（ｆ）に示す構造の焦電デバイスを得る。この図８（ｆ）の構造では、上部電極２４ｃが赤外線吸収膜としての機能も有する。
　図８（ｆ）の構造の焦電デバイスを得た後、当該焦電デバイスを、熱絶縁（断熱）のための空隙２１１を設けた支持基板２１０（図９（ａ）～（ｄ）参照）に貼り付けて適宜のパターニングを行うことにより、焦電型赤外線センサを得る。あるいは、図８（ｆ）の焦電デバイスを得た後で、第１の基板２０を上記一表面側（第１面側）もしくは上記他表面側（第２面側）からエッチングして熱絶縁（断熱）のための空隙を形成してもよい。
　以上説明した本実施形態の強誘電体デバイス（焦電デバイス）の製造方法では、第１の基板２０の基板材料によらず強誘電体膜２４ｂの結晶性および性能（ここでは、焦電係数γ）の向上を図れるとともに低コスト化を図れ、しかも、製造工程の簡略化を図れる。要するに、第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）に薄膜形成技術により強誘電体膜２４ｂを成膜する場合に比べて強誘電体膜２４ｂの焦電係数γを大きくでき、且つ、第１の基板２０として第２の基板４０に比べて機械的強度の高いものを用いることにより信頼性の高い発電デバイスを提供することができ、しかも、転写工程において、強誘電体層１２４ｂのうちシード層１２４ｃ上の強誘電体膜２４ｂのみを転写できるので、シード層１２４ｃの所定パターンを強誘電体膜２４ｂの所望のパターンに合わせておくことにより、転写工程の後で、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して強誘電体膜２４ｂをパターニングする工程を設ける必要がなくなるから、製造工程の簡略化を図れ、低コスト化を図れる。また、転写工程後の剥離工程で、第２の基板４０を剥離するようにしているので、単結晶ＭｇＯ基板などの高価な第２の基板４０を再利用することが可能となり、低コスト化を図ることが可能となる。
　また、本実施形態の製造方法においても、実施形態１と同様、接合層５１の材料を、下部電極２４ａとの直接接合が可能な金属とし、接合層５１を接合工程よりも前に第１の基板２０の上記一表面側（第１面側）にパターン形成するようにし、強誘電体膜２４ｂおよび下部電極２４ａに対応する部位のみに接合層５１を形成するようにすれば、第１の基板２０の接合層５１が形成された箇所のみ接合することができ、強誘電体層１２４ｂの表面の段差の影響を受けにくくなり、接合信頼性を高めることができる。また、転写工程において強誘電体層１２４ｂの第２の部分２４ｂ2が転写されるのを、より確実に防止することが可能となる。
　また、本実施形態の強誘電体デバイスの製造方法においても、接合工程のプロセス温度の低温化を図れ、接合工程において強誘電体膜２４ｂの物性が変化する（強誘電体膜２４ｂの特性が劣化する）のを防止することができる。ここにおいて、接合工程のプロセス温度は、常温（室温）に限らず、例えば、強誘電体膜２４ｂのキュリー温度（ＰＺＴでは、３５０℃程度）の半分以下の温度であれば強誘電体膜２４ｂの物性が変化するのを確実に防止することができるので、接合工程は、常温接合に限らず、１５０℃以下での加熱を行った状態で適宜の荷重を印加して接合する直接接合でもよい。
　ここで、強誘電体膜２４ｂの焦電材料が鉛系の酸化物強誘電体の場合には、第２の基板４０として、単結晶ＭｇＯ基板もしくは単結晶ＳｒＴｉＯ3基板もしくはサファイア基板を用いることにより、結晶性の良好な強誘電体膜２４ｂを形成することができ、また、第１の基板２０として、第２の基板４０に比べて安価なシリコン基板（単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板）、ＳＯＩ基板、ガラス基板、金属基板、ポリマー基板などを用いることにより、低コスト化を図れる。
　２０　第１の基板
　２４ａ　下部電極
　２４ｂ　強誘電体膜（第１の部分）
　２４ｂ2　第２の部分
　２４ｃ　上部電極
　４０　第２の基板
　５１　接合層
　１２４ｂ　強誘電体層
　１２４ｃ　シード層
　ＬＢ　レーザ光

Claims (16)

  1. 　第１の基板の一表面側に形成された下部電極と、前記下部電極における前記第１の基板側とは反対側に形成された強誘電体膜と、前記強誘電体膜における前記下部電極側とは反対側に形成された上部電極とを備え、前記強誘電体膜が、強誘電体材料により形成された強誘電体デバイスの製造方法であって、
    第２の基板の一表面側に金属材料からなる所定パターンのシード層を形成するシード層形成工程と、
    前記シード層形成工程の後で前記第２の基板の前記一表面側に前記強誘電体材料からなる強誘電体層を形成する強誘電体層形成工程と、
    前記強誘電体層形成工程の後で前記強誘電体層上に前記下部電極を形成する下部電極形成工程と、
    前記下部電極形成工程の後で前記下部電極と前記第１の基板とを接合層を介して接合する接合工程と、
    前記接合工程の後で所定波長のレーザ光を前記第２の基板の他表面側から照射し前記強誘電体層のうち前記シード層に重なる第１の部分からなる前記強誘電体膜および前記シード層を前記第１の基板の前記一表面側に転写する転写工程とを備え、
    前記所定波長の前記レーザ光を、前記第２の基板を透過し、且つ、前記シード層により反射され、且つ、前記強誘電体層のうち前記シード層に重ならない第２の部分に吸収される波長の光とすることを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。
  2. 　前記強誘電体材料は、前記第１の基板と格子定数において差があることを特徴とする請求項１に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  3. 　前記第２の基板は、前記第１の基板よりも、前記強誘電体膜との整合性が良いことを特徴とする請求項１または２に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  4. 　前記シード層は、前記強誘電体膜との格子整合性が良いことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  5. 　前記接合層の材料を、前記下部電極との直接接合が可能な金属とし、前記接合層を前記接合工程よりも前に前記第１の基板の前記一表面側にパターン形成することを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  6. 　前記接合層の材料を、常温硬化型の樹脂接着剤とすることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  7. 　前記強誘電体材料は、ＰＺＴであることを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  8. 　前記第２の基板はＭｇＯ基板であることを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  9. 　前記レーザ光の前記所定波長は、４００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１～８のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  10. 　前記レーザ光は、フェムト秒レーザ，ＫｒＦエキシマレーザの３倍波，ＡｒＦエキシマレーザの３倍波，フェムト秒レーザの３倍波のいずれかであることを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  11. 　前記強誘電体膜が圧電膜であり、前記シード層を前記上部電極とすることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  12. 　前記強誘電体膜が焦電体膜であり、前記転写工程の後で前記シード層を除去するシード層除去工程を行い、その後、前記強誘電体膜上に赤外線吸収材料からなる前記上部電極を形成する上部電極形成工程を行うことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  13. 　前記強誘電体膜の格子定数は、前記１の基板の格子定数から、第１の差を有しており、
    　前記強誘電体膜の前記格子定数は、前記第２の基板の格子定数から、第２の差を有しており、
    　前記第２の差は、第１の差よりも小さいことを特徴とする請求項１～１２のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  14. 　前記シード層は、ＰｔまたはＡｌからなることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  15. 　前記第２基板は、その前記一表面に、第１の領域と第２の領域とを有しており、
    　前記第１の領域は、前記所定パターンを有する前記シード層によって覆われ、これにより、前記第２の領域は、前記所定パターンを有する前記シード層によって露出されていることを特徴とする請求項１～１４のいずれかに記載の強誘電体デバイスの製造方法。
  16. 　前記強誘電体層の前記第１の部分は、前記第１の領域と重複しており、
    　前記強誘電体層の前記第２の部分は、前記第２の領域と重複していることを特徴とする請求項１５に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
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